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長スパン鋼構造は、空港、鉄道駅、展示センター、スタジアム、工場、倉庫、航空機格納庫、物流センター、および柱のない広いスペースを必要とするその他の建物で広く使用されています。
長スパンの構造設計においては、支持点の配置が建築の柔軟性や構造性能に大きな影響を与えます。一般に、サポートが分散するほど、フロアプランニングと空間構成に対する制限が大きくなります。対照的に、支持点がより集中した構造は、多くの場合、建築設計と内部空間の利用に大きな柔軟性をもたらします。
スパン、建物機能、荷重要件、建築形式、建設条件に応じて、異なる構造システムと設置方法が採用されます。
この記事では、長スパン鋼構造物の主な種類と代表的な工法を紹介します。
スペース フレームは、特定の幾何学的配置に従ってノードを介して接続された複数の部材で構成される 3 次元構造システムです。
二重層または多層のフラット グリッド システムは、一般に スペース フレーム構造と呼ばれます。これらは通常、鋼管、中空部分、または構造用鋼の形材から製造されます。
一般的なスペース フレーム構成には次のものが含まれます。
平面トラスシステムで構成されるスペースフレーム
四角錐スペースフレーム
三角錐スペースフレーム
六角錐スペースフレーム
スペース フレーム システムは、大規模なスパンの建物にいくつかの重要な利点をもたらします。
優れた三次元荷重分散
明確で効率的な荷重伝達経路
高い構造剛性
構造重量が比較的軽い
優れた耐震性能
便利な製造と設置
標準化されたメンバーと接続ノード
工場での組立てや量産に最適
柔軟な建築レイアウト
天井、パイプライン、HVAC システム、その他の建築サービスを簡単に統合
軽量で魅力的な建築的外観
これらの利点により、鋼製スペースフレームは、展示ホール、交通ターミナル、スポーツ施設、工業用建物、および大規模な公共建築物に一般的に使用されています。
グリッド シェルは、湾曲した空間グリッド構造です。構造配置に応じて、として設計できます。 単層グリッドシェル または 二層グリッドシェル.
グリッドシェル構造は、鋼鉄、木材、鉄筋コンクリート、または複合材料を使用して構築できます。スチールグリッドシェルは、高い強度重量比と製造の柔軟性により、大規模なスパンの建物に特に適しています。
一般的な形式は次のとおりです。
球状グリッドシェル
円筒形グリッドシェル
双曲線グリッドシェル
双曲放物面グリッドシェル
二重曲線グリッドシェルシステム
グリッドシェル構造は、ラティス構造とシェル構造の特性を組み合わせたものです。
主な利点は次のとおりです。
効率的な構造挙動
全体的な剛性が高い
優れたロングスパン性能
比較的単純な構造部材
小さなコンポーネントを組み立てて非常に大きな構造にすることができます
メンバーとノードは工場で事前に組み立てることができます
便利なモジュール式設置
一部のプロジェクトにおける重量物運搬装置の需要の減少
魅力的で柔軟な建築フォルム
グリッド シェルはさまざまな曲面に設計できるため、スタジアム、アリーナ、展示センター、交通ハブ、アトリウム、ランドマークとなる建物に適しています。
膜構造は、 引張織物構造としても知られ、20 世紀に広範囲に開発された軽量のロングスパン構造システムです。
高性能の柔軟な膜素材と空気圧、スチールケーブル、または剛性の支持構造を組み合わせて使用します。膜表面に適切なプレストレスを導入することにより、構造は大きな空間をカバーするのに十分な剛性を獲得します。
主な膜構造システムには次のものがあります。
空気支持膜構造
引張膜構造
フレームで支持された膜構造
主な特徴は次のとおりです。
非常に低い自重
優れたロングスパン性能
柔軟なアーキテクチャ設計
素早いインストール
構造材料の消費量の削減
良好な経済パフォーマンス
高い視覚的インパクト
膜材質に応じた良好な自然光透過率
不規則で自由な形状の建築に適しています
膜システムでは、材料の耐久性、プレストレス制御、風荷重、排水、接続の詳細、長期メンテナンスについて慎重に考慮する必要があります。
競技場の屋根、交通施設、エントランスキャノピー、複合商業施設、屋外会場、公共スペースなどに幅広く使用されています。
ケーブル支持構造では、主要な張力抵抗要素として高強度鋼ケーブルが使用されます。
一般的な吊り屋根システムは次のもので構成されます。
ケーブルシステム
ルーフシステム
サポート体制
一般的な構成には次のものがあります。
一方向単層ケーブル構造
ラジアル単層ケーブル構造
双方向単層ケーブル構造
一方向二層プレストレストケーブル構造
ラジアルプレストレストケーブル構造
双方向二層プレストレストケーブル構造
プレストレストケーブルネット構造
ケーブル構造の主な利点は、スチールを非常に効率的に使用できることです。
理想的な条件下では、ケーブルは主に軸方向の張力によって荷重に抵抗し、曲げやせん断の影響を大幅に軽減します。
その他の利点は次のとおりです。
高い材料効率
非常に低い構造自重
優れたロングスパン性能
柔軟な構造配置
さまざまな建築レイアウトに適しています
大型構造部材の需要の減少
特徴的な建築的外観
ただし、ケーブルで支持された構造には高度な構造解析が必要です。プレストレスレベル、幾何学的非線形性、建設順序、風による振動、変形制御はすべて慎重に評価する必要があります。
薄いシェル構造は、主に膜の力によって荷重を伝達する湾曲した構造システムです。
工学実務では、曲率半径に比べて厚さが比較的小さいシェルは、一般に薄いシェルとして分類されます。
幾何学的形状に応じて、シェル構造には次のものが含まれます。
回転シェル
トランスレーショナルシェル
円筒形シェル
球殻
二重湾曲シェル
資料によると、次のものが含まれる可能性があります。
スチール製の薄いシェル
鉄筋コンクリートシェル
石材のシェル
複合シェル構造
薄いシェル構造は、その形状により主に曲げではなく膜の作用によって荷重が伝達されるため、優れた耐荷重効率が得られます。
主な利点は次のとおりです。
高い構造強度
高剛性
優れた材料効率
大スパン性能
材料消費量の削減
魅力的な建築的外観
構造効率と建築上の柔軟性の組み合わせにより、シェル構造はスタジアム、ターミナル、ホール、展示棟、ランドマークプロジェクトに適しています。
大スパン鋼構造物の工法は、構造形式、スパン、建物の高さ、現場条件、吊り上げ能力、構造の安定性、安全要件、プロジェクトのスケジュールに応じて選択する必要があります。
以下の方法が一般的に使用されます。
高高度現場での組み立てでは、構造部材と接続ノードを最終設計位置に直接設置します。
建設中は、構造の安定性を維持し、変形を制御するために一時的なサポートが必要になることがよくあります。構造システム全体が完成して安定した後、構造が最終的に設計された応力状態に入るように、一時的なサポートが徐々に取り除かれます。
この工法は、複雑な大スパン空間の鋼構造物の最も基本的な施工法の 1 つと考えられています。
一時支援制度により、大きく2つの方法に分かれます。
構造物の形状と高さに応じて完全支持足場が建てられ、構造コンポーネントを最終位置で組み立てることができます。
適度な高さとスパンを持つ建物に適しています。
その利点は次のとおりです。
柔軟な構造
位置決めと位置合わせが簡単
適切なプロジェクトでは比較的経済的
仮設足場は再利用できる場合が多い
考えられる欠点は次のとおりです。
大量の足場が必要
高所での作業が増える
高まる安全管理要件
一時サポート導入期間の延長
仮設鋼製支持フレームは、鋼構造物の形状、荷重、設置順序に応じて特別に設計されています。
この方法は、高さ、スパンが大きく、コンポーネントが重い構造物に適しています。
利点は次のとおりです。
より高い施工安定性
座標と高度の制御が向上
柔軟なサポートフレーム設計
重量のある大スパン構造物に最適
ただし、一時的なサポート フレームでは製造コストが高くなり、再利用率が低くなる可能性があります。
スライド設置方法では、アクセス可能なエリアで鉄骨構造のセクションを組み立て、特別に設計されたトラックに沿って最終位置まで移動します。
各セクションが指定された場所に到着すると、以前に設置された構造物に接続されます。
この方法は、建設現場へのアクセスが制限されている場合、または最終設置エリアの真上の吊り上げ作業が難しい場合に特に役立ちます。
以下の目的でよく使用されます。
スタジアムの屋根
展示棟
交通ターミナル
工業用建物
正多角形の建物
建設スペースが限られている大型構造物
高所での組立作業の軽減
設置期間の短縮
施工効率の向上
特定の条件下での大型昇降装置への依存度が低い
エンジニアリング チームは以下を慎重に管理する必要があります。
スライディングトラックデザイン
支持反応
スライド装置の同期
滑り速度
構造変形
一時的な安定
最終的な位置決め精度
全体の吊り上げでは、大きなセクション (場合によっては屋根構造全体) を地面またはその近くで組み立て、同期吊り上げ装置を使用して最終設計高さまで吊り上げます。
この方法は一般的に次の目的で使用されます。
スペースフレーム屋根
グリッドシェル屋根
大型産業用屋根構造物
スタジアムの屋根
展示ホール
高所での組立作業を大幅に削減
一時的なサポート要件の軽減
工事の安全性の向上
設置時間の短縮
地上レベルでの製造と品質管理の向上
主な技術的課題には、以下の制御が含まれます。
リフティングポイントの位置
昇降装置間の同期
吊り上げ時の構造応力
吊り上げ時の変形
一時的な構造安定性
通常、持ち上げる前に、詳細な構造シミュレーションと建設段階の分析が必要です。
全体的な引張方法は、主にケーブル構造と引張膜構造に使用されます。
必要なプレストレス レベルと構造的高さが達成されるまで、多数の油圧ジャッキまたは特殊な張力装置を使用して、制御された張力をケーブルに加えます。
特に、大きなケーブルで支えられた屋根や引張膜構造に適しています。
効率的なプレストレスの適用
ケーブルの力を正確に制御
高所での手作業の削減
労働要件の低減
施工効率の向上
同期インストールに最適
ケーブルと膜の構造はプレストレスの影響を非常に受けやすいため、張力操作を注意深く監視して、力のレベル、構造の形状、変形が設計許容範囲内に収まるようにする必要があります。
プログレッシブ拡張法は、大規模なグリッド シェル構造に頻繁に適用される高度な設置技術です。
基本的な手順は次のとおりです。
グリッド シェルの中央セクションを地面レベルで組み立てます。
組み立てた部分を所定の高さまで持ち上げます。
追加の周囲構造セクションを取り付けます。
拡大した構造物を再度持ち上げます。
完全なグリッド シェルが組み立てられるまで、このプロセスを繰り返します。
この方法には、次のようないくつかの利点があります。
一時的なサポート要件の軽減
より多くの組み立て作業を地上で完了できるようになりました
溶接と接続の品質の向上
高所作業のリスクの軽減
建設の安全性の向上
品質検査が容易に
非常に大規模な空間構造に適しています
これらの利点により、複雑な長スパンのスチールグリッドシェルプロジェクトでは、段階的拡張設置がますます検討されています。
カンチレバー設置方法では、比較的小さな構造ユニットが地面レベルでプレハブまたは組み立てられ、その後、所定の位置に直接持ち上げられます。
新しい構造ユニットは、構造の完成した部分から段階的に設置されます。
この方法は一般に、比較的小さい、または構造的に単純な空間鉄骨構造に適しています。
一時的なサポートの減少
臨時工事の削減
建設コストの削減の可能性
柔軟なインストール順序
ただし、建設段階の安定性が重要です。
追加の部材を設置する前に、以前に設置された構造が十分な剛性と幾何学的安定性を備えている必要があります。
潜在的なリスクには次のようなものがあります。
過度の一時的変形
建設に起因する二次応力
不完全な構造システムの不安定性
難しいアライメント制御
組立時のより高い安全要件
したがって、カンチレバー設置工法を採用する前に、構造シミュレーションと建設段階の解析を完了する必要があります。
すべての長径間鋼構造物に適した単一の工法はありません。
設置戦略は、プロジェクトの特定の条件に従って決定する必要があります。
重要な要素には次のようなものがあります。
構造システム
建物のスパンと高さ
鋼材トン数
コンポーネントの寸法
サイトのアクセシビリティ
クレーン能力
組立可能エリア
一時的なサポート条件
工事スケジュール
現地の気象状況
輸送制限
安全要件
構造変形限界
取り付け精度の要件
複雑なプロジェクトの場合は、複数の工法を組み合わせることもあります。
たとえば、屋根構造の一部は地上で組み立てられ、大きなユニットとして持ち上げられ、その後高所で組み立てられて完成する場合があります。
構造の安全性を確保するには、詳細な建設シミュレーション、揚力解析、仮支持設計、変形モニタリングが不可欠です。
長スパン鋼構造は、大きなオープンスペース、建築上の柔軟性、高い構造効率、内部柱の削減を必要とする建物に大きな利点をもたらします。
一般的な構造システムには、 スペース フレーム、グリッド シェル、引張膜構造、ケーブル支持構造、および薄いシェル構造が含まれます。.
プロジェクトの要件に応じて、を通じて建設を完了できます。 高所での現場組立、スライド設置、全体の吊り上げ、同期張力、段階的な拡張、またはカンチレバーの組み立て.
長スパン鋼構造プロジェクトの成功は、構造設計だけでなく、製造精度、接続品質、一時的安定性、昇降制御、設置順序、および建設段階のエンジニアリングにも依存します。
ZSJH STEEL は、産業、商業、および大規模な建設プロジェクト向けに統合された鉄骨構造ソリューションを提供します。
当社のサービスには次のものが含まれます。
形鋼の製作
鋼構造物の特注製作
エンジニアリングの詳細と製造図
BIM および 3D モデリングのサポート
鋼製スペースフレームと屋根構造の製作
形鋼部品の供給
溶接と接続の製作
表面処理と防食
品質検査
輸出梱包
国際物流サポート
設置と技術指導
お客様のプロジェクトが工場、倉庫、物流センター、展示ホール、スタジアム、輸送施設、またはその他の大規模な鉄骨造の建物に関係する場合でも、当社のチームはプロジェクトの図面と技術要件に従ってカスタマイズされた製造および供給ソリューションを提供できます。
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